临床诊断中的放射防护ppt课件.ppt

医学辐射防护学 1 第十章临床诊断中的放射防护 医学放射诊断学 medicalradiology 是指应用X射线具有穿透人体的特征 在透视荧光装置 X射线胶片或计算机上显示正常或异常的影像 然后结合医学知识加以分析做出疾病诊断的一门学科 近10年来由于电子科学的进展使得显像手段更加多样化 医学放射诊断学已经扩充到了X CT 介入放射学 以及超声诊断 MRI等 这些学科统称为医学影像学 medicalimaging 随着电离辐射技术在医学上的应用和发展 放射诊断的安全防护已成为医学辐射防护最重要的内容之一 2 第一节辐射源与辐射场 一 辐射源与辐射场的概念 辐射源 radioactivesource 是指可发射各种辐射粒子的来源或装置 辐射源的粒子能够使被照射物质产生电离或激发效应的称为电离辐射源 简称放射源 密封源 sealedsource 密封在包壳或紧密覆盖层内的放射源 这种包壳具有足够的强度 使之在设计的使用条件下和正常磨损下 不会有放射性物质泄漏出来 放射源有可分为密封源和非密封源两类 3 非密封源 unsealedsource 除密封放射源以外的放射源 60Co放射治疗机是发射 射线和 射线 密封放射源诊断X线机属于发射X射线的装置 密封源临床核医学将液态放射性药物注射到患者体内 非密封源 辐射场 radiationfield 是指辐射粒子的运动空间 辐射场的传播方式由辐射粒子的运行方向和与物质相互作用的方式 吸收 散射 来决定 如果辐射场内某观察点到辐射源的距离比辐射源本身的几何尺寸大5 7倍以上 那么就可以把辐射源看做是点状的 称为点状源 4 如果点状源周围空间和物体对辐射的吸收 散射可以忽略 则在点状源辐射场中 某点的辐射量与该点离开辐射源距离的平方呈反比即 二 X射线及辐射量的估算 一 X射线的性质和特征 医学上使用的两种 普通X射线 250keV以下 用于放射治疗的X射线 4 35MeV 即高能X射线 X射线的获取方法 5 X射线是在球管内高速运动的电子撞击靶物质产生的 普通X射线是使用变压器把升高的电压加于X射线球管两极而获得的 对于高能X射线施加电压较困难 一般在医用加速器上采用微波电子加速到高能态 然后再打击靶物质产生 X射线的照射时间 爆射时间 是指X线机对球管加上电压后产生X射线的持续时间 爆射时间越长和管电流的毫安数越大 发射X射线的粒子数量就越多 X射线线束的强度是指该束X射线具有多少光子的数目 它反映X射线输出量 管电流决定X射线束中辐射粒子的数量 而管电压决定辐射粒子的穿透能力 6 二 X射线装置的照射量率计算 现代医用诊断X线机高压发生器一般采用可控硅逆变电源 管电压范围为50 200kV 管电流范围为50 1200mA X线机周围某点处的空气吸收剂量可以通过专用测量仪器测出 X线机出射口往往安置了附加过滤材料 以屏蔽对诊断无作用的低能X射线 因此医用X线机产生的照射量 也可以按下式计算 t min 时间内造成的照射量为 管电流 mA 或平均电子束流 A 给定的管电压和射线过滤情况下X射线的发射率常数 的物理含义是距离球管1m处有单位管电流 1mA 或单位平均电子束流 1 A 造成的照射量率 它的单位为2 58 10 4C kg mA min 7 第二节医疗照射的防护 一 医疗照射的基本概念 医疗照射 medicalexposure 是指受检者和患者接受包含有电离辐射的医学检查或治疗而受到照射 医疗照射还包括知情而志愿的扶持帮助受检者和患者所受到的照射及生物医学研究中志愿者所受的照射 特殊照射 extraordinaryexposure 引起年剂量超过为辐射工作人员规定的年剂量当量限值的照射 正常运行期间的某种情况下 当不可能使用不包含这种照射的替代措施时 方可作为一种例外而得到允许 8 二 医疗照射防护的发展和现状 100多年来医疗照射经历了三个阶段的发展过程 无防护条件 简单防护 隔室操作防护 9 电离辐射在医学上形成了三大重要分支 X射线诊断 核医学和放射肿瘤学 在全部人工辐射源中医疗照射造成人类集体剂量占到80 以上 全世界每年约有24亿人次X射线诊断检查 3200万人次核医学检查 550万人次瘤放射治疗 在我国医学上使用电离辐射也越来越广泛 统计情况见表10 1和表10 2 UNSCEAR 联合国原子辐射效应科学委员会 把不同国家划分为4类保健水平 平均1名医生 1000人口为 类 10 每个类别也有相对应的医疗设备要求 这种划分只提供评价医疗照射的模式 不表示对医疗保健质量的任何判断 1名医生 1000 3000 人口为 类 1名医生 3000 10000 人口为III类 超过1万人口才有1名医生的为 类 由于我国人口众多 虽然医用辐射设备绝对数相当可观 但人均拥有量并不高 相应全国平均的医疗照射应用频率水平也不高 因此UNSCEAR将我国划为 类医疗保健水平统计 11 调查指出 我国近年来门诊胸透和群检等项目患者的入射体表剂量随着科学的进步和人们的提高逐步降低 透视检查比例显著下降 拍摄胸片比例上升 原因 放射诊断各环节的质量保证以及对诊断设备的质量控制等得到重视 一些受检者剂量较大的项目如骨盆测量 胆囊造影等已被其他非放射检查所取代 我国放射诊断中存在的问题是 介入操作 X射线顾客复位和放射性粒子植入医生个人剂量仍然较大 受检者个体的ESD差异很大 胸片侧位最高者约是最低者的32倍 门诊胸透最高者约是最低者的19倍 12 在多种放射学检查中 脊椎摄影 腹部摄影 牙科摄影 乳腺摄影 X CT和各种造影检查的剂量较大 临床医师和放射学医师的安全文化素养有待提高 我国医疗照射防护的总趋势是 受检人数逐年增多 技术装备越来越好 职业放射人员接受的辐射剂量越来越小 介入 骨科复位和粒子植入医生除外 放射防护的重点从原来的单纯关注医务人员 转向了同时关注医生和患者的防护安全 三 医疗照射防护的基本原则 医疗照射防护的原则是指医疗照射实践中对患者应考虑的防护原则 是针对患者而言建立的基本准则 13 它要求医师为患者进行的放射学诊疗必须有正当的理由 并且在确保达到诊疗目的的前提下 把医疗照射剂量限制到可以达到的最低水平 避免一切不必要的照射 医疗照射没有剂量限值标准 但我国建立了医疗照射剂量约束和质量保证制度 而且要求医师事先告知受检者放射学诊疗对其健康的潜在影响 医疗照射防护的基本原则包括 医疗照射的正当性 医疗照射的最优化 潜在危害告知义务与剂量约束 14 一 医疗照射的正当性原则 患者接受的任何放射学诊疗必须有正当的理由 并且在考虑了可供采用不涉及医疗照射替代方法的利益和危险之后 通过权衡利弊证明医疗照射给患者个人或社会所带来的利益大于可能引起的辐射危害时 该医疗照射才被认为是正当性的 随着医疗技术水平的发展 对过去认为是正当的医疗照射还应重新进行正当性判断 对于复杂的诊断或治疗 要逐例进行正当性判断 正当的医疗照射还应当严格掌握其适应证 新的适应证必须另行正当化判定 执业医师和有关医技人员应尽的的可能使用该受照者先前已有的医学资料 以避免不必要的重复照射 15 对生物医学和医学研究志愿者接受医疗照射 也要进行正当性判断 志愿者对所要进行的研究应当事先知情并同意接受该项实践活动 对于放射治疗 要仔细考虑其每一个程序的正当性 患者接受的剂量的可能会引起明显的并发症 这也应当包括在正当性判断之内 二 医疗照射的最优化原则 医疗照射最优化的目的是充分利用现有的技术和设备条件 在不影响诊疗效果的前提下 以尽可能小的照射剂量获取尽可能好的诊疗效果 16 最优化要求医师要充分重视患者防护 严格掌握各种医疗照射的适应证 在必须采用的射线诊疗的前提下 也要尽量选择采用最佳方法 并把操作的熟练程度和设备工作条件调节到最佳状态 从而将照射剂量合理地降到最低水平 患者最优化的基本目标是使利益最大限度地超过危害 医学目的的照射 防护最优化可能是复杂的 如肿瘤的放射治疗 降低剂量可能会影响到治疗的效果 所以最优化应优先考虑放射诊疗中能获得多少可靠信息和在治疗性照射中达到的诊疗效果 17 医疗照射最优化过程除疾病诊疗 经济和社会因素外 还包括对设备的选择 使用方便性 质量保证 患者剂量评价和估算 放射性药物的给予 管理等多方面进行考虑 使之能获得足够的诊断信息或治疗效果 对接受医学研究的志愿者和法医检查中的受照者 执业医师要对其剂量水平进行控制 使其保持在尽可能低的水平 医疗照射最优化的措施包括以下4个方面的内容 1 准确的临床判断和检查方法的选择 2 对检查结果的正确解释 3 科学的操作技术和规程 4 合适的放射源和防护设备 18 1 2项负责患者诊疗的主治医生的责任 取决于医生专业技术判断水平 3 4项是放射专业医生或技师的责任 取决于他们的专业技术和防护知识水平 以及设备等物质条件 四 潜在的危害告知义务与剂量约束 我国要求医疗卫生机构应按照正当化和最优化的原则 避免一切不必要的照射 对患者的非检查部位必须有安全措施 邻近照射野的敏感器官和组织应进行屏蔽防护 并事先告知患者或受检者辐射对健康的潜在影响 1 告知义务 19 告知义务要求各级医务人员必须进行放射防护知识学习 只有懂得放射损伤防护知识 才能够在开具放射诊疗报告单时征求患者的意愿并告知辐射对健康的潜在影响 从事放射诊断 放射治疗及核医学的医务人员必须掌握放射防护基本知识 经过放射卫生防护主管部门的考核合格者 才可以从事上述工作 2 剂量约束与医疗照射指导水平 由于剂量限值不使用与医疗照射 医疗照射只能用正当化和最优化来判断 因此 国际电离辐射防护与辐射源安全基本标准中提出了剂量约束和医疗照射指导水平的概念 20 剂量约束 doesconstraint 是指对辐射源可能造成的个人剂量所规定的一种界值 它是与源相关的规定值 并被用做对所考虑的源进行防护与安全最优化时的约束 职业照射的剂量约束值就是国家剂量限值标准 而医疗照射的剂量约束则称为医疗照射指导水平 医疗照射指导水平 medicalexposureguidinglevel 是经过有关部门洽商选定的剂量 剂量率或活度等一些测量值 其作用是提供给有关从业医师作为指南 它是防护最优化中应用供给量约束的一种具体体现 医疗照射指导水平不是剂量限值标准 它仅是对专业安全判断的一个补充 也不能用于判断医疗质量的好坏 21 医疗照射指导水平可以作为参考约束放射诊断和核医学的检查 以推动医疗照射的最优化 我国的医疗照射指导水平是以现行的放射实践为基础 通过政府颁布的对一般患者可合理做到的剂量 或活度 参考水平 它是多数放射实践平均而言的典型值 当受检者的剂量或活度超过该指导水平时则应采取相应行动 斟酌复查改善优化程度 以确保获取必需要的诊断信息的同时尽量减低对受检者的照射 反之 如果剂量或活度显著低于该指导水平 而照射不能提供有用的诊断信息和对受检者带来预期的医疗利益 也应该按照需要采取相应的纠正行动 22 注意 医疗照射指导水平不适用于职业照射 公众照射和放射治疗 我国放射诊断医疗照射指导水平通常分为四大类 X射线摄影 X CT检查 乳腺X射线摄影和X射线透视 我国要求扶持患者的人员 慰问者和探视者所受的剂量也必须加以约束 使其在患者诊疗期间所受的剂量不超过5mSv 儿童探视者所受剂量应约束在1mSv以下 第三节外照射防护的基本方法 射线装置 X线机 治疗用加速器等 由于放射线是从放射源发出后通过人的体表向体内组织穿透 所以这种照射方式造成危害的防护称为外照射防护 23 临床核医学使用的是放射性核素 核素衰变后可产生外照射危害 但临床核医学是将放射性核素引入人体内部 此时产生的危害称为内照射危害 外照射防护的基本方法按照放射源与源外因素概括为四项 一 尽量减少源的强度 二 时间防护 缩短受照时间 三 空间防护 增大人与放射源间的距离 四 屏蔽防护 利用屏蔽物 24 一 尽量减少源的强度 二 时间防护 缩短受照时间 为了避免不必要的照射 在条件允许的情况下应选择尽可能小的源强度 对放射性标记物或源 在保证正常工作的前提下 可选择最小的放射活度 对放射装置 则应当在保证其正常工作的情况下 采用最小的管电流 在放射性工作场所 职业人员受到的外照射累计剂量正比于他在该区域内的工作时间 因此 除非工作需要 应避免在电离辐射场中做不必要的逗留 即使工作需要 也须尽量减少在电离辐射场中逗留的时间 为了缩短受照时间 在进行有关操作之前 应作好充分的准备 操作时务必熟练 迅速 25 在某些场合下 如抢修设备或排除事故 工作人员不得不在强辐射场内进行工作 且可能持续一段时间 此时应采用轮流 替换办法 限制每个人的操作时间 将每个人所受照的剂量控制在拟定限值一下 当然 这样安排并不能减少集体剂量 因此 整个工作过程要事先做好周密的计划 使得与完成这项工作相关的集体剂量保持在最低水平 三 空间防护 增大人与放射源间的距离 由于人体受到照射的剂量或剂量率与距离的平方成反比 对于外照射来说 离开放射源的距离增大1倍 照射量 或率 则减少到原来的1 4 26 四 屏蔽防护 利用屏蔽物 空间防护是十分有效的防护措施 增大人体与放射源之间距离的措施多种多样 常用的是使用灵活可靠的长柄操作工具 或者采用遥控设施距离操作 操作室也要求有一定的面积和室高 医学上的许多诊疗方式是近台操作 无法使用距离防护手段 如介入放射性操作 放射粒子植入等 屏蔽防护就是有效的防护措施 医疗照射的屏蔽防护能够为职业人员和公众提供一种较为安全的工作环境 防护屏蔽厚度的选择受到屏蔽材料 射线类型与能量 源活度和对屏蔽以后要求达到的可接受的剂量率等因素的影响 27 对 射线通常用较高原子序数的屏蔽材料 屏蔽物可以是固定式或移动式 固定式的有防护墙 地板 天棚 防护门和观察窗等 移动式的包括盛装容器 各种结构的手套箱 防护屏风 铅防护眼镜和铅砖以及含铅的橡胶围裙 手套 帽子 背心 衣裤等 医疗外照射防护应当根据实际情况 综合利用减少源的强度 时间防护 空间防护和屏蔽防护四种防护措施 还应做好工作人员的防护训练 进行工作环境和个人剂量的监测工作 28 第四节医疗照射屏蔽材料与厚度估算 X射线或 射线通过物质层时候由于光电效应 康普顿散射和电子对生成三种使入射光子数减少 称为X射线或 射线衰减 光电效应 康普顿散射 电子对生成的作用概率分别与物质的原子序数 Z 有关 高原子序数的物质屏蔽X射线和 射线效果较好 一 X射线或 射线的衰减规律 一 窄束 单能X射线或者 射线的衰减 窄束X射线或者 射线是指不包括含散射线成分的射线束 通过屏蔽层后的X射线或者 射线仅由未经相互作用或未碰撞的射线组成 29 窄束 单能X射线的衰减符合指数规律 线性衰减系数 与屏蔽材料的密度及物理状态 如温度 压力等 有关 为了消除密度的变化而带来的误差 有人常采用质量衰减系数来估算物质屏蔽厚度 材料的辐射屏蔽性能和计算屏蔽的厚度 30 所谓半衰减厚度 就是将入射的X射线或 射线减少一半所需的物质厚度 就是将入射的X射线或 射线减少到1 10的物质厚度 可分别用不同毫米厚度的铝 铜或铅等表示 铅当量 leadequivalent 用铅作为基准物质时 以铅的厚度来表示的衰减当量 单位是毫米铅 mmPb 31 由于辐射屏蔽材料的厚度与材料的密度成反比关系 因此铅当量与其他屏蔽材料厚度有 二 宽束X射线或 射线的衰减 宽束射线的特点 准直较差或没有准直 穿过物质层可能相当厚 因此经过多次散射后的光子仍有可能穿过物质层 并且到达所关心的那个空间位置 为了估计这种多次散射的影响 必须引进一个修正因子B 积累因子 即 32 实际上 积累因子B就是在所关心的位置上 真正观察到某一辐射的大小与根据窄束指数衰减规律算得的同一个辐射量大小的比值 只有当吸收物质厚度为零时 B 1 否则 B 1 积累因子的具体计算方法比较复杂 为了使用方便 将不同辐射能量在各种材料中的积累因子列于表10 12中 33 自由程是指单个光子自进入物质到第一次与物质中的原子发生相互作用所通过的路程 由于入射光子与物质发生碰撞的随机的 所以单个光子所走的路程 自由程 也是随机变化值的 因此引入平均自由程的概念 平均自由程就是自由程的平均值 平均自由程 d即为平均自由程的倍数 如果在宽束X射线或 射线的衰减中不考虑积累因子 最后计算的屏蔽层厚度将远低于实际需要的厚度 三 医疗照射屏蔽厚度的估算方法 一 减弱倍数法 34 减弱倍数 attenuationfactor K 是指辐射场中某点处没有防护屏蔽时的当量剂量与设置了防护屏蔽后的当量剂量的比值 X射线或 射线减弱倍数常用能量为hv的宽束放射线经过厚度为R的屏蔽层来计算 屏蔽层前后照射量率或吸收剂量率的减弱倍数K表达式 二 投射比法 投射比 transmissionratio B 为辐射场中某点处设置防护屏蔽后的当量剂量率与设置防护屏蔽前的当量剂量率的比值 即 35 投射比与衰减系数K互为倒数关系 我国X CT机房墙壁就采用投射比的概念计算厚度 由于X CT机房工作涉及工作负荷量和人员驻留等因素的影响 因此引入了每周工作负荷量 W 和人员驻留因子 T 的概念 人员驻留因子 T 人们的控制区内逗留的时间占辐射源开启的时间的分数 人员驻留因子见表10 15 利用投射比参数计算医用X CT机房屏蔽厚度的公式为 每周工作负荷量 W 每周CT扫描的总层数 单位 层 周 36 由于X CT机X射线的投射是旋转性的 在机房4 立体角的各个方向有等同的投照概率 因此X CT机房的墙壁不设主防护墙和次防护墙 用16cm的混凝土 密度2 35t m3 或24cm的砖 密度1 65t m3 或2mm的铅 37 工作量较大的X CT机房用上述混凝土20cm或砖37cm或铅2 5mm以能够保证墙壁外的安全 三 直接计算法 医用诊断X射线机的投射方向相对固定 因此X射线摄影和透视机房的墙壁分为主墙壁和次级墙壁 主墙壁是X射线直接投照方向的墙壁 次级墙壁的X射线通过患者和周围物体产生散射线或X线球管漏射线投射的墙壁 38 2004年NCRP给出的诊断X线机房主墙壁的厚度计算方法 为涉及工作条件的拟合参数 表10 18 39 四 放射治疗室屏蔽计算 放射治疗室屏蔽墙分为治疗机头对应的主墙壁和散 漏 射线对应的次级墙壁 40 按照我国 远距离治疗室设计防护标准 GBZ T152 2002 和NCRP第151号出版物推荐的计算方法 对于X 光子的主屏蔽墙 可认为吸收剂量与当量剂量数值上相等 设P为剂量限值 对控制区该值为0 4mSv w 非控制区为0 02mSv w 则透射量计算公式为 W为用线束的工作负荷 单位为Gy m2 w U为射线向防护计算点方向的剂量负荷比或照射时间比 对固定投照方向U 1 旋转式治疗机有用线束朝向的墙壁U 1 4 顶棚U 1 16 41 T为驻留因子 指各类人员停留相关区域的时间与治疗机开启时间的比例 全驻留T 1 如工作室 办公室 候诊室 居住区等 部分驻留T 1 4 走廊 电梯 停车场 等 偶然驻留T 1 16 公共浴室 厕所 少量行人车辆通过的地方 d为放射源到考查点的直线距离 m P为每周剂量限值 Sv 42 建筑设计中在遵循最优化原则下尽可能提高防护效能 通常在加速器或治疗室土建方案中取2 5倍的安全系数 对于散射线的屏蔽计算采用式下式 设为次级屏蔽墙使散射线的辐射剂量衰减至剂量限值 的透射系数 照射面积以400cm2归一 则 对于高能 光子辐射 90 散射一般取值为0 1 意义同上 43 对漏射线的屏蔽计算 按照距放射源1 处的漏射线量不能超过有用射线束剂量的0 1 0 001 为放射源到患者的距离 KL为次级屏蔽墙使漏射线的辐射剂量衰减至剂量限值 的透射系数 即 屏蔽计算参数选择的原则 从屏蔽设计的安全性考虑 尽可能最大的预期期望值 由于屏蔽厚度计算复杂 涉及的参数多 计算错误将会给人员安全带来影响并造成经济损失 为简化计算 我国GBZ130 2002卫生防护标准给出了 线机机房墙壁厚度的参考值 44 1 摄影机房中有用线束朝向的主墙壁应有2mmPb的防护厚度 其他墙壁 次级墙壁 应有1mmPb的防护厚度 2 透视机房各侧墙壁应有1mmPb的防护厚度 3 设多层建筑中的机房 天棚 地板应视为侧墙壁考虑 充分注意上下邻室的防护与安全 机房的门 窗必须合理设置 并有其所在的墙壁相同的防护厚度 门窗外无候诊区时可取不小于0 3mmPb厚度 有候诊区则取不小于0 5mmPb厚度 4 诊疗室通过计算给出主屏蔽厚度值后 散漏射线的屏蔽可取主屏蔽厚度的1 2值 45 三 屏蔽材料及个人防护用品的选择 屏蔽材料 机玻璃 水 土壤 砖 混凝土 铁 铅和石蜡等 个人防护用品包括医生和患者使用两大类 如铅背心 铅围裙 防护三角 铅眼镜 性腺防护裙 阴影屏蔽器具 阴囊或卵巢屏蔽器具 连指防护手套等 应选择防护可靠和使用方便的各种用品 以免防护性能不佳和浪费造成事故 一 外照射防护的屏蔽材料 屏蔽以后要达到的可接受的剂量率 防护屏蔽厚度的选择影响因素 受到屏蔽材料 射线类型和能量 源活度 46 1 射线的屏蔽材料 为了将 射线吸收过程中产生的轫致辐射减少到最少 射线的屏蔽材料最好选用铝 有机玻璃或混凝土一类的低原子序数物质 2 X射线或 射线的屏蔽材料 大致可分为两类 一类为高原子序数的金属材料 如铁 铝 铀等 另一类是通用的建筑材料 如土 砖 混凝土等 铁成本低 易购买 对X射线或 射线有较好的防护性能 机械强度很高 多用于固定的航海屏障 47 铅 原子序数为82 密度为11 3 g cm3 优点 有很好的抗腐蚀性能 对低能和高能X射线或 射线有很高的衰减本领 是X射线或 射线屏蔽的良好材料 缺点 价格贵 硬度低 机械强度差 不耐高温 铅常用在需要移动的局部屏蔽的设备中 混凝土成本低 有良好的结构性能 一般用于固定的防护墙 水 密度为1 g cm3 有效原子序数7 4 通常以水池的形式用来贮存或分装固体的 射线源 48 对中子 射线混合辐射常选用低原子序数材料和高原子序数材料相间组成的多层屏蔽 或用这两种元素均匀混合材料作屏蔽 1 中子的屏蔽材料 主要通过使中子慢化或吸收中子来达到屏蔽的作用 中子的慢化剂 石蜡 水 聚乙烯 聚氯乙烯 有机玻璃 石膏 压缩木材 混凝土等材料 中子的吸收剂 锂和硼通常咋没有特殊要求时 可使用价格较低的硼酸和硼砂 尤其以硼酸为佳 49 二 工